00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) CTEC - CENTRO DE TECNOLOGIA Dissertações e Teses defendidas na UFAL - CTEC
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Tipo: Tese
Título: Non-sorted genetic algorithm optimization of cost-efficient synthetic mooring systems utilizing polymer springs for 15 mw floating wind turbines in relatively shallow waters
Autor(es): Verde, Salvatore
Primeiro Orientador: Lages, Eduardo Nobre
metadata.dc.contributor.referee1: Ramos Junior, Adeildo Soares
metadata.dc.contributor.referee2: Ferreira, Fábio Martins Gonçalves
metadata.dc.contributor.referee3: Franzini, Guilherme Rosa
metadata.dc.contributor.referee4: Tancredi, Thiago Pontin
Resumo: A transição urgente para fontes de energia renovável, impulsionada pela necessidade de enfrentar desafios de segurança energética e mudanças climáticas, destaca o papel crucial da energia eólica offshore. Este estudo investiga os diversos aspectos dessa forma de energia, abordando tanto o potencial em instalações de águas rasas quanto a contínua evolução em direção a turbinas de maior porte. Ao analisar áreas de águas rasas, identificam-se locais economicamente viáveis para parques eólicos entre cinquenta e setenta metros de profundidade, utilizando conceitos de ancoragem compartilhada e sistemas de linha de amarração. A seleção do sistema adequado é crucial, com pesquisas anteriores destacando a eficiência das linhas de fibra sintética em comparação com as configurações tradicionais de correntes de aço. Este estudo conduz análises dinâmicas em uma turbina de quinze MW e na plataforma de referência VolturnUS-S no Mar Céltico. São avaliados os deslocamentos, rotações e cargas em uma âncora compartilhada, utilizando linhas de nylon e poliéster. Os resultados revelam uma redução significativa de trintásseis por cento na carga de pico na âncora com linhas de nylon em comparação com as de poliéster, embora com rotações maiores da plataforma, sugerindo possíveis melhorias no design de ancoragem. Considerando que o nylon é dez por cento mais econômico que o poliéster e que há pesquisas contínuas em conceitos eficientes de ancoragem, este estudo incentiva uma investigação mais aprofundada das aplicações de nylon em parques eólicos de águas rasas. Simultaneamente, o setor de energia eólica enfrenta o desafio de aumentar o tamanho das turbinas para reduzir o custo nivelado de energia, o que requer sistemas de plataforma e ancoragens menores, especialmente em instalações em águas rasas. Baseando-se em pesquisas anteriores que empregaram um framework de otimização multiobjetivo (MO) para projetar plataformas e sistemas de amarração com linhas sintéticas, este estudo amplia o framework existente incorporando estratégias de eficiência computacional. A utilização de um critério de término de algoritmo genético recentemente desenvolvido contribuem para a eficiência computacional. No cerne desta investigação acadêmica encontra-se a análise da otimização de custos dentro de um sistema alternativo de amarração que integra a mola de polímero — um domínio inexplorado na literatura existente. A análise detalhada revela que a implementação do quadro de otimização produz resultados razoáveis; além disso, sua aplicação esclarece como o sistema alternativo pode efetivamente mitigar custos, especialmente notável para raios menores.
Abstract: The imperative transition to renewable energy sources, driven by the need to address energy security and climate change challenges, underscores the pivotal role of offshore wind energy. This study delves into the multifaceted aspects of wind energy, examining both the potential in shallow water installations and the ongoing paradigm shift towards larger turbine sizes. In exploring shallow water regions, economically viable locations for wind farms emerge between fifty and seventy meters in depth, employing shared anchor concepts and mooring line systems. The selection of an optimal system type is critical, and past research highlights the efficiency of synthetic fiber ropes over traditional chain catenary configurations. This work presents dynamic analyses of a fifteen MW turbine and the VolturnUS-S reference platform in the Celtic Sea. A comprehensive comparative assessment of planar displacements, rotations, and loads on a shared anchor is conducted using nylon and polyester ropes. Results show a notable thirty-six percent reduction in peak resolved anchor load with nylon compared to polyester, albeit with larger rotations, suggesting potential improvements in mooring design. With nylon being ten percent more cost-effective than polyester and ongoing investigations into efficient shared anchor concepts, this study encourages further exploration of nylon applications in shallow-water wind farms. Simultaneously, the wind energy sector grapples with the challenge of escalating turbine sizes to reduce the levelized cost of energy. This necessitates smaller platform and mooring systems, especially in the context of shallow-water installations. Building upon prior research, which employed a multi-objective optimization (MO) framework for designing platforms and mooring systems with synthetic lines, this study extends the existing framework by incorporating computational efficiency strategies. Utilizing a running metric as a termination criterion for the MO contributes to computational efficiency. Most importantly, at the core of this academic inquiry lies the scrutiny of cost optimization within an alternative mooring system integrating spring polymer—an unexplored domain in extant literature. The thorough analysis reveals that implementing the optimization framework yields reasonable outcomes; furthermore, its application elucidates how the alternative system can effectively mitigate costs, particularly notable for smaller radii.
Palavras-chave: Turbinas eólicas flutuantes
Linhas sintéticas
Águas rasas
Otimização multiobjetivo
Molas de polímero
Floating Wind Turbine
Synthetic Rope
Shallow Water
Multi-Objective Optimization
Spring Polymer
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Idioma: eng
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
Citação: VERDE, Salvatore. Non-sorted genetic algorithm optimization of cost-efficient synthetic mooring systems utilizing polymer springs for 15 mw floating wind turbines in relatively shallow waters. 2025. 99 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil, Centro de Tecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2024.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/15376
Data do documento: 26-mar-2024
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